اروین شرودینگر: نابغه بی‌مانند قرن بیستم

در میان نام‌های آشنای فیزیکدانان قرن نوزدهم که هر یک به پیشرفت چشمگیر این رشته در دوران خود کمک کردند، نام «اروین شرودینگر» می‌درخشد. شرودینگر در راستای مطالعات خود توانست فرمول‌بندی خاصی از مکانیک کوانتومی را ارایٔه کند که امروزه یکی از علوم بنیادی و شگفت‌انگیز عالم است. در این مقاله قصد داریم با زندگی این دانشمند بزرگ آشنا شویم.

تولد یک ابَر نابغه

«اروین رودولف الکساندر شرودینگر» در ۱۲ آگوست ۱۸۸۷ در پایتخت کشور اتریش، وین، متولد شد. پدرش «رودولف شرودینگر»، گیاه‌شناس و استاد دانشگاه بود. مادر او نیز، «جورجین بایٔر»، فرزند یک استاد شیمی بود.

اروین تنها فرزند این زوج بود. او دانش‌آموز تیزهوشی بود و علاوه‌براین، قرارگرفتن در یک خانواده علمی به او کمک کرده بود تا بهتر بتواند استعدادهای خود را به شکوفایی برساند. اروین به دروس ریاضی و فیزیک علاقه وافری داشت و آنطور که نقل شده است، به راحتی بر مباحث جدید مسلط می‌شد. او همچنین به درس زبان‌های باستانی و مدرن و همچنین شعر علاقه داشت.

پس از آنکه اروین دوران دبیرستان خود را در مدرسه‌ای در وین با نمرات عالی به پایان رساند، در سال ۱۹۰۶ وارد دانشگاه وین شد و در سال ۱۹۱۰ دکترای خود را دریافت کرد. موضوع پایان‌نامه او «رسانش الکتریسیته روی سطح عایق‌ها در هوای مرطوب» بود.

مسیر شغلی

پس از دفاع دکترا، اروین به عنوان دستیار استاد «فرانتس اکسنر» در دانشگاه کار تحقیقاتی خود را شروع کرد. او در این دوره بیشتر بر مرور کارهای علمی سایر دانشجویان متمرکز بود و همین مسیٔله باعث شد تا نگاه جامع و گسترده‌ای بر زیرشاخه‌های مختلف علم داشته باشد.

با شروع جنگ جهانی اول، اروین شرودینگر ناچار به ترک سمت علمی خود به عنوان دستیار از دانشگاه وین شد و به عنوان افسر اول توپخانه وارد ارتش شد.

چندین سال بعد در حدود سال ۱۹۲۰، اروین پیش از پذیرش کرسی استادیاری در «اشتوتگارت»، به عنوان دستیار «ماکس وین» در «Jena» کار خود در دنیای علم را مجدداً آغاز کرد. اما عمر این همکاری چندان طولانی نبود و شرودینگر پس از یک سال بر کرسی استادی نشست - هرچند که این موقعیت نیز دوامی نداشت و او ناچار شد کمتر از یک سال پس از انتصابش به این سمت، آنجا را به مقصد دانشگاه زوریخ ترک کند.

اروین حدود شش سال در دانشگاه زوریخ ماند و از زمان ورود خود به این دانشگاه - سال ۱۹۲۱ - به مطالعه ساختار اتمی پرداخت. در سال ۱۹۲۴ او به‌طور ویژه به مطالعه در زمینه آمار کوانتومی پرداخت و اینجا بود که موفق شد معادلات موجی که در مکانیک کوانتومی نقش اصلی و گسترده دارند را بنویسد. در ادامه مهم‌ترین معادله او که نقش اساسی در علم مکانیک کوانتومی دارد را باهم مرور می‌کنیم. او تنها در عرض چند ماه توانست مکانیک موجی را توسعه دهد و در چهار مقاله آن را به شکل نهایی خود برساند.

در سال ۱۹۲۶ پس از آنکه فیزیکدان «ماکس پلانک» از دانشگاه برلین بازنشسته شد، شرودینگر به جای او بر کرسی استادی نشست. در اینجا او و دوستان فیزیکدانش ازجمله «آلبرت اینشتین»، پلانک و «فون لایٔو» مکانیک موجی را به‌صورت پیوسته مطالعه می‌کردند. درنتیجه او موفق شد در سال ۱۹۳۳ جایزه نوبل فیزیک را از آن خود کند.

در سال ۱۹۴۰، شرودینگر به دعوت وزیر وقت نامه‌ای دریافت کرد تا به ایجاد مؤسسه مطالعات پیشرفته دوبلین ایرلند کمک کند. او در این سال به دوبلین مهاجرت کرد و در آنجا کار خود را تحت عنوان مدیر مدرسه فیزیک نظری آغاز کرد. مدت زمانی که او در این مرکز مشغول به کار بود، بیش از ۵۰ مقاله در موضوعات مختلف ازجمله زیست‌شناسی و تاریخ علم نوشت. در میان این مقالات، می‌توان به کاوش‌ها و مطالعات او در زمینه «نظریه همه‌چیز» اشاره کرد که تلاش دارد تا نیروهای اساسی عالم را متحد کند. کتاب «?What Is Life» یا «زندگی چیست؟» که در سال ۱۹۴۴ منتشر شد، از دیگر نوشته‌های ارزشمند او در این سال‌هاست. در این کتاب او نشان می‌دهد چطور می‌توان از فیزیک کوانتومی در تفسیر پایداری ساختارهای ژنتیکی استفاده کرد.

در سال ۱۹۵۵ شرودینگر از این مرکز بازنشسته شد و سال بعد به وین، زادگاه خود بازگشت و تا آخرین لحظات زندگی خود به مطالعه در زمینه نسبیت عام، ریاضیات، عرفان و ادبیات پرداخت.

معادله شرودینگر

مطالعات شرودینگر در زمینه‌های ترمودینامیک و مکانیک آماری به او کمک کرد تا در سال ۱۹۲۶ یکی از پایه‌های مکانیک کوانتومی را بنیان‌گذاری کند. درحقیقت او در این سال یک معادله دیفرانسیل نوشت که کاربرد گسترده‌ای در این شاخه از فیزیک دارد. امروزه این معادله را با نام «معادله شرودینگر» در فیزیک می‌شناسیم. این معادله دیفرانسیلی برای توصیف چگونگی تغییر حالت کوانتومی یک سیستم فیزیکی در طول زمان کاربرد دارد. در تصویر زیر، ساختار ظاهری این معادله را مشاهده می‌کنیم.

آنچه در بالا مشاهده کردید، درحقیقت معادله شرودینگر یک‌بعدی برای یک ذره آزاد است. با اینکه نمی‌توان معادله شرودینگر را از دیگر اصول اساسی فیزیک استخراج کرد، اما مشخص شده است این معادله در پیش‌بینی آزمایش‌ها بسیار دقیق و موفق بوده است. به عبارت دیگر، می‌توان گفت این معادله خود یک اصل اساسی در علم فیزیک است.

شرودینگر در استخراج این معادله، نظریه فیزیکدانی به نام «لویٔی دوبروی» را مورد پذیرش قرار داده که بیان می‌کند ذرات بنیادی در عالم - مانند الکترون، پروتون، فوتون و غیره - دارای ماهیت دوگانه هستند و در برخی مواقع رفتاری همانند ذره یا موج دارند. آنچه شرودینگر در این معادله متمرکز است، رفتار موجی ذرات است. جواب‌های این معادله دیفرانسیلی از مفهومی به نام «احتمال» صحبت می‌کنند. جالب است بدانید برخی منتقدین علم باور دارند این معادله یکی از مهم‌ترین دستاوردهای علمی بشر در قرن بیستم است.

مفهوم احتمال در معادله اروین شرودینگر

برای آنکه درک بهتری از مفهوم احتمال داشته باشیم، لازم است نظریه معادله شرودینگر را با معادلات نیوتن قیاس کنیم. در معادلات نیوتن همواره با دانستن سرعت و جرم یک جسم (ذره) می‌توان جایگاه آن برای لحظات بعدی را محاسبه کرد. به‌عنوان مثال می‌توان گفت اگر ذره‌ای با سرعت و جرم مشخص در نقطه فرضی x باشد، پنج ثانیه بعد کجا خواهد بود. اما در مکانیک کوانتومی - که معادله شرودینگر یکی از معادلات اساسی آن است - هیچگاه نمی‌توان موقعیت یک ذره را با این قطعیت و به‌صورت دقیق مشخص کرد. به عبارت دیگر، ما با حل این معادلات درمی‌یابیم احتمال حضور ذره در موقعیت فرضی x چقدر است. این مفهوم انتزاعی‌تر از آن چیزی است که در فیزیک کلاسیک با آن روبه‌رو هستیم. پس مکانیک کوانتومی با وقوع احتمالی رویدادهای فیزیکی مرتبط است.

فراتر از فیزیک

شرودینگر در میان تمام فیزیکدانان نسل خود به دلیل تطبیق‌پذیری فکری فوق‌العاده‌اش برجسته و سرشناس بود. او به فلسفه و ادبیات غرب نیز علاقه داشت. برخلاف آنکه زبان مادری او اتریشی بود، نوشته‌های او اکثراً به زبان انگلیسی هستند؛ زبانی که در زمان کودکی آموخته بود. مطالعات او درباره علم و فلسفه یونان باستان، که در کتاب «طبیعت و یونانیان» در سال ۱۹۵۴ به چاپ رسید، به تحسین دیدگاه‌های یونانیان در علم می‌پردازد.

از سوی دیگر، کتاب «دیدگاه من از جهان» نوشته اروین شرودینگر که در سال ۱۹۶۱ به چاپ رسیده است، نگرش او از متافیزیک و عرفان را بیان می‌کند.

شرودینگر به دلیل استعدادهای فوق‌العاده خود توانست در طول زندگی سهم‌ قابل‌توجهی در تقریباً همه شاخه‌های علم و فلسفه داشته باشد؛ دستاوردی تقریباً منحصربه‌‌فرد در زمانی که گرایش عموم به سمت افزایش تخصص فنی در علم بود. شهرت علمی وی سبب شد به مدت ۱۵ سال تصویر او بر روی اسکناس‌های اتریشی چاپ شود و یک دهانه روی ماه به نام او نامگذاری شود.

اروین شرودینگر ۴ ژانویه ۱۹۶۱ در ۷۳ سالگی بر اثر بیماری سل در وین اتریش، زادگاه خود درگذشت. پیکر او در شهر «آلپباخ» به خاک سپرده شده است.

سؤالات رایج درباره اروین شرودینگر